ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В современном производстве находит применение более 50 тысяч химических соединений, большинство из которых синтезировано человеком и не встречается в природе.

Изучение потенциальной опасности вредного воздействия химических веществ на живые организмы является предметом химико-биологической науки—токсикологии. Токсикология изучает механизмы токсического действия химических веществ, диагностику, профилактику и лечение отравлений. Вредное вещество, т.е. химический элемент или соединение, вызывающее заболевание организма, является центральным понятием токсикологии. Область токсикологии, изучающая действие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, называется промышленной токсикологией.

В промышленности вредные вещества находятся в газообразном, жидком и твердом состояниях. Они способны проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварения или кожу. Вредное действие химических веществ определяется как свойствами самого вещества (химическая структура, физико-химические свойства, количество попавшего в организм — доза или концентрация — сочетание вредных веществ, находящихся в организме), так и особенностями организма человека (индивидуальная чувствительность к химическому веществу, общее состояние здоровья, возраст, условия труда).

По токсическому (вредному) эффекту воздействия на организм человека химические вещества разделяют на общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию.

Общетоксические химические вещества (углеводороды, спирты, анилин, се-роводород, синильная кислота и соли, соли ртути, хлорированные углеводороды, оксид углерода) вызывают расстройства нервной системы, мышечные судороги, нарушал структуру ферментов, влияют на кроветворные органы, взаимодействуют с гемоглоби-ном.

Раздражающие вещества (хлор, аммиак, диоксид серы, туманы кислот, окси-ды азота и др.) воздействуют на слизистые оболочки, верхние и глубокие дыхательные пути.

Сенсибилизирующие вещества (органические азокрасители, диметилами-ноазобензол и другие антибиотики) повышают чувствительность организма к химиче-ским веществам, а в производственных условиях приводят к аллергическим заболева-ниям.

Канцерогенные вещества (бенз(а)пирен, асбест, нитроазосоединения, аромати-ческие амины и др.) вызывают развитие всех видов раковых заболеваний. Этот процесс может быть отдален момента воздействия вещества на годы и даже десятилетия.

Мутагенные вещества (этиленамин, окись этилена хлорированные углево-дороды, соединения свинца и ртути и др.) оказывают воздействие на неполовые (сома-тические) клетки, входящие состав всех органов и тканей человека, а также на половые клетки (гаметы). Воздействие мутагенных веществ на соматические клетки вызывают изменения в генотипе человека, контактирующего с этими веществами. Они обнаружи-ваются в отдаленном периоде жизни и проявляются в преждевременном старении, по-вышении общей заболеваемости, злокачественных новообразований. При воздействии половые клетки мутагенное влияние сказывается на последующее поколение, иногда в очень отдаленные сроки.

Химические вещества, влияющие на репродуктивную функцию человека (борная кислота, аммиак, многие химические вещества в больших количествах), вызывают возникновение врожденных пороков развития и отклонений от нормальной структуры потомства, влияют на развитие плода в матке и послеродовое развит и здоровье потомства.

Биологическое действие химических веществ на организм человека изменяет его гомеостаз (относительное постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчи-вость основных физиологических функций организма), т.е. способность организма к ав-торегуляции при изменении окружающей среды. Авторегуляцию биологической систе-мы следует рассматривать как регуляцию динамического состояния открытой системы, подверженной биологическому ритму. При этом гомеостаз включает в себя не только динамическое постоянство биологического объекта, но и устойчивость его основных биологических функций. А воздействие вредного вещества может вызывать не только изменение определенных параметров биологического объекта, но и повреждение си-стем регулирования гомеостаза, т.е. нарушение последнего. Для сохранения гомеостаза в условиях разнообразных химических воздей­ствий в процессе эволюции выработалась специальная система биохи­мической детоксикации. При относительно малых воздейст-виях вредных веществ нарушение гомеостаза не происходит (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема гомеостаза:

Y — какое-либо свойство биологического объекта; X—концентрация или доза вредного вещества, характеризующаяся его воздействием на биологический объект; Х_Б — безопасный уровень воз­действия вещества

Область Х₁—Х₂ — это область гомеостаза. Часть этой области с относительно постоянной функцией называется гомеостатическим плато. Оно, как правило, более выпукло у биологических объектов низшего иерархического уровня. Кроме того, это плато в действитель­ности представляет собой несколько «размытую» область, так как оптимальные параметры биологического объекта (Y) не строго посто­янны во времени, а колеблются в определенных пределах. Вне области Х₁—Х₂ происходит нарушение го-меостаза, т.е. резкое изменение зна­чений Y. Находящиеся внутри области Х₁—Х₂ значе-ние Х₀ —это значение X, характерное для нормального функционирования объекта. Значения Х₁ и Х₂ называются критическими (пороговыми) значениями X. Область гоме-остаза — это область отрицательной обратной связи, так как организм работает в сто-рону возвращения системы в исходное (стационарное) состояние. При сильных нару-шениях гомеостаза объект может перейти в область положительной обратной связи, когда изме­нения, вызванные воздействием вредных веществ, могут стать необратимы-ми, и объект все дальше и дальше будет отклоняться от стационарного состояния.

Изучение биологического действия химических веществ на чело­века показыва-ет, что вредное их воздействие всегда начинается с определенной пороговой концент-рации.

Для количественной оценки вредного воздействия на человека химического вещества в промышленной токсикологии используются показатели, характеризующие степень его токсичности.

Средняя смертельная концентрация в воздухе ЛК₅₀ — концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при двух-, четырехча­совом ингаляционном воздействии на мышей или крыс.

Средняя смертельная доза ЛД₅₀ — доза вещества, вызывающая ги­бель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу ЛК₅₀ — доза веще­ства, вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Порог хронического действия — минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающего вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не менее 4 месяцев.

Порог острого действия — минимальная (пороговая) концентрация вред-ного вещества, вызывающая изменение биологических показателей на уровне целост-ного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций.

Зона острого действия — отношение среднесмертельной концентрации ( к порогу острого действия )

Это соотношение показывает размах концентраций, оказывающих действие на организм при однократном поступлении, от начальных до крайних, влияющих наибо-лее неблагоприятно.

Зона хронического действия — отношение порога острого действия к порогу хронического действия .

Это соотношение показывает, насколько велик разрыв между концентрациями, вызывающими начальные явления интоксикации при однократном и длительном поступлении в организм. Чем меньше зон острого действия, тем опаснее вещество, поскольку даже небольшое превышение пороговой концентрации может вызвать смертельный исход. Чем шире зона хронического действия, тем опаснее вещество, так как концентрации, оказывающие хроническое действие, значительно меньше вызывающих острое отравление.

Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО) - отношение максимально достигаемой концентрации вредного вещества в воздухе при 20° С к средней смертельной концентрации веществ для мышей.

Рис. 3.3. Зависимость биологического действия химических веществ от токсикологических показателей

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны ПДК_р.з — такая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

ПДК_р.з устанавливается на уровне 2—3 раза и ниже, чем порог хронического действия . Такое снижение называется коэффици­ентом запаса (К₃).

Взаимосвязь токсикологических параметров химического вещества представлена на рис. 3.3.

Количественные значения токсикологических параметров химиче­ских веществ в национальной системе стандартов безопасности труда представлены в табл. 3.3.

Согласно ГОСТ 12.1.007—76 «ССБТ. Вредные вещества. Класси­фикация и общие требования безопасности» по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

1) чрезвычайно опасные;

2) высоко опасные;

3) умеренно опасные;

4) малоопасные.

Отнесение вредного вещества к классу опасности производится по показателю табл. 3.4, значение которого соответствует наиболее высо­кому классу опасности.

Таблица 3.3. Классы опасности вредных веществ

Государственный стандарт устанавливает токсикологические параметры только для 2000 химических веществ, для которых были проведены комплексные токсиколого-гигиенические исследования. Но в промышленности используется гораздо больше химических веществ и для обеспечения безопасности труда работников необходима по меньшей мере оценка токсичности (вредного воздействия) применяемых в производстве химических веществ. Для такой оценки специалистами) в области промышленной токсикологии предложены несколько фор­мул, расчеты которые дают хорошее приближение к действительным значениям ПДК_р.з.

Производить расчет по формулам можно лишь для тех химических веществ, приведенные физико-химические константы которых укладываются в определенные пределы: молярная масса М (кг × моль^-1) — от 30 до 300; плотность r (кг × м^-3) — от 0,6 до 2,0; температура кипения t_кип (°С) — от -100 до + 300; температура плавления t_пл (°С) — от -190 до + 180; показатель преломления n_р — от 1,3 до 1,6. Ниже приведены; уравнения, используемые для расчета значений ГДК_р.з мг/м³:

;

;

;

.

Формулы, которые используют для расчета ПДК_р.з. (мг/м³) конкрет­ных вредных веществ, указаны ниже.

Для паров и газов органической жидкости:

;

Для аэрозолей нелетучих и мало-летучих органических и элементоорганических веществ:

Для газов и паров неорганических веществ:

Для аэрозолей металлов и их оксидов:

,

где N — число атомов металла в молекуле вещества.

Рис. 3.4. Характеристики эффекта воздействия вредного вещества

на организм человека

В производственных условиях работа проводится, как правило, с несколькими химическими веществами, которые могут оказывать ком­бинированное воздействие на организм человека. Различают три воз­можных эффекта (рис. 3.4) комбинированного воздействия химических веществ на организм человека:

1 — суммация (аддитивность) — явление суммирования эффектов, индуцированных комбинированным действием;

2 — потенцирование (синергизм) — усиление эффекта воздейст­вия (эффект, превышающий суммацию);

3 — антагонизм — эффект комбинированного воздействия мень­ше ожидаемого при суммации.

Нормирование комбинированного действия

,

отвечает случаю аддитивности.

При потенцировании пользуются формулой

,

где — поправка, учитывающая усиление эффекта; — фактические концентрации химических веществ в воздухе рабочей зоны, ПДК_i — их предельно допустимые концентрации.